無線多通道音頻系統 – 技術驗證

頻率協調專家進行窄帶/寬帶共存測試

對于大型音樂活動、劇院演出和廣播工作室來說，往往需要大規模部署射頻無線設備，而無線多通道音頻技術(Wireless Multi-Channel Audio technology)就值得重點關注。那么，該技術能否經受住兩位經驗豐富的頻率管理員的實際測試呢?它會如何與窄帶系統“共處”?如何應對直接干擾?自由職業頻率協調員Marco Völzke和森海塞爾技術應用工程師Jonas Naesby(同時也是一家頻率協調公司所有者)，與森海塞爾WMAS的發明者們一起，對原型機進行了測試。Naesby表示：“我們的主要目的是對系統進行壓力測試，看看它在壓力下的整體表現，并在所有設定都錯誤的情況下看看到底會發生什么。”

測試環境搭建

​團隊將一個WMAS系統設置在一個8-MHz 電視通道上，并在相鄰的低頻段上讓一個模擬耳返監聽系統以高發射功率運行，同時，在相鄰的高頻段上還有一個八通道數字EW-DX無線麥克風系統。通常，耳返監聽和麥克風之間的頻譜不會被使用，而是僅僅作為一個防護頻段予以保留。團隊特意將WMAS放置在這個“禁區”通道中，以觀察它是否仍然可以順利運行且不會發生音頻中斷。

Marco Völzke(左)和 Jonas Naesby 在頻譜分析儀前。分析儀顯示寬帶WMAS信號的左側有四個高功率耳返監聽載波，右側有八個窄帶EW-DX載波

信息欄：無線電頻譜和頻率協調員的職責

用于無線麥克風和無線耳返監聽設備的無線電頻譜通常是一種共享資源，頻譜接入由國家頻率主管部門監管。不同的無線電服務和應用(如廣播、射電天文學和軍事等)與無線麥克風和監聽系統共享相同的頻譜，因此，專業無線設備可用的TV-UHF頻譜在不同的地方差別很大，具體取決于這些服務的數量及其運行的地點。

如果要在某個活動或場地使用無線演出設備，就需要對其工作頻率進行協調，以確保過程中不會被干擾，這也符合現場所有無線設備使用者的共同利益。活動組織者或場地所有者會找一名專家，即頻率協調員或頻率管理員，并由他擔當活動或場地所有頻率相關事項的負責人。

頻率管理員有溝通、監督和管理的職責：他們會收集所有使用方的頻率請求，規劃和計算要使用的頻率，為使用方分配頻率資源、監控干擾水平、管理所有干擾情況，并在活動前和活動中，對所有頻率相關事項進行故障排除和監管。在這方面，露天活動的頻率協調工作要比劇院或廣播演播室的頻率協調工作難度更高，因為建筑物會阻礙一定的外部射頻信號源。在這兩種場景下，頻率協調員都必須處理那些對節目制作至關重要，但因其它設備帶來干擾的設備，例如視頻信號轉換器或視頻/光信號分配(功分器和組合器)。

為了進一步給系統施加壓力，Marco 和 Jonas 開始在WMAS使用的電視通道中加入帶內干擾器，以模擬現實生活中的“意外”，例如ENG工作人員帶著未經協調的設備來到了節目現場，又或者某個使用者錯誤地在一個舊的、預先設定的頻率上打開了窄帶麥克風。

訪談

Marco、Jonas，能否請你們先整體介紹一下當今的頻率情況?作為專業的頻率協調員，你們觀察到了哪些趨勢?

​Jonas：無論是會議還是音樂節，各種活動和節目制作都沒有放緩腳步而是在不斷增長。這也帶來了越來越多的無線需求。同時，我們可用的頻率資源卻在減少。正因如此，我們看到頻率協調需求在不斷增長，如果不嚴格控制誰在什么時候用什么，根本不可能辦好一場活動。 

Jonas Naesby，森海塞爾技術應用工程師，同時還是其創辦的頻率協調公司所有人

Marco：我完全同意。組織者和觀眾的期望大幅提高，他們想要盛大的娛樂活動，想要感受以前從未見過且令人難忘的體驗——不僅僅是大型音樂會，現在即使是一個普通的大會也會一個盛大的開幕式作為開場。為了給人們留下深刻的印象，并呈現完美的效果，人們付出了很多努力。比如，一些典型的醫學大會，規模頗為盛大，它們還擁有自己的電視通道，并通過它對整場會議進行轉播，這很常見。

Marco Völzke，自由職業頻率協調員

然后，有許多其他設備占據了我們的頻譜。有一些是我們想要的，比如燈光或特效控制設備;而有一些是我們不想要的干擾，比如視頻切換器之類的，這是因為所有這些設備都擠得越來越近。現在有一種360°LED墻，只留一個很小的入口，讓人們可以走進其中，享受沉浸式音視頻體驗。人們無法控制所有這些元素加在一起所造成的干擾問題。幾個LED墻可能不是問題，但如果有200個，干擾將會不斷疊加。當活動組織者想出一個以前從未實施過的想法時，問題就有可能出現。創造力是無止境的，每當我解決了眼前的問題，下一個挑戰可能正在等著我。

Jonas：完全同意，新一代LED屏的問題相較之前少了很多，然而現在的制作活動也在使用一系列全新設備，如那些照明、視頻、控制等，這些新設備正在輻射射頻并造成干擾。

Marco：是的，干擾無法避免，無論我們做出怎樣的努力。在一次展會上，我們意識到干擾問題來自我們的射頻紅外設備。在某些國家，它們允許以超過 30瓦的功率進行傳輸!此外，當活動會結合線上和線下兩部分時，需要同時進行直播推流，因而活動中對無線的需求正顯著增加。現在的情況既不同于疫情前，也不同于疫情期間，你必須同時滿足這兩類的需求。

進行中的行走測試

回到測試：你們嘗試使用了WMAS原型機并檢查了它將如何與窄帶系統一起工作。你們有何發現?

Marco：我被它的表現震撼到了。我從未通過無線耳返監聽系統聽到過這樣的音質，它有精確的聲音定位，你幾乎可以明顯感受到立體聲深度。射頻部分是我的專業領域，但我聽到如此純粹的聲音時，我首先感到的是震撼;就像我戴著耳機坐在辦公桌前，不同的是我可以四處走動。這再次給富有創新精神的人們更高的自由度。我非常期待看到創意行業將如何使用這些系統——也許是沉浸式音頻項目。我認為對于沉浸式音頻項目來說，這是值得你首先嘗試的系統，它會給藝術家和聽眾留下深刻印象。這有可能催生一種以前從未有過的新的活動類型。

在性能和共存測試方面，我們在非常苛刻的條件下比較了寬帶和窄帶，在極限情況下將兩者的運行情況進行了對比。我們的第一個發現是，數字化是唯一的發展方向，因為模擬給我們帶來了太多我們無法控制的問題，而WMAS的靈活性、范圍和可靠性都令人印象深刻。

Marco 和 Jonas 距離最近的 WMAS 天線約 70 米

這個系統的抗干擾的能力也給我留下了相當深刻的印象。我們嘗試了只有在測試中才會用到的極限情況。例如，你永遠不會走上舞臺，到歌手面前，在他們的無線麥克風旁邊再放置另一個發射機。我們用WMAS做了這些測試，結果非常好，這恰恰說明這個系統有多出色，整體技術有多成熟，也說明了它具有處理這么多干擾和衰減的能力。

我們還在正常條件下進行了測試，目的是為了檢查系統及其單個天線的工作情況，包括頻率如何反應、范圍如何、頻譜占用情況等等。所有參數都比預期的要好，我認為這項技術將為我們的未來提供新的可能性。重新思考頻率和時域，從現有系統中學習并以新的方式思考基本物理特性，這也將提升我們未來的射頻管理方式。

創新點在于雙向傳輸、發射器和接收器的同時控制，以及只需在藝術家身上放置一件設備。這將給他們更多的自由。現在，當我把兩個設備放在一個人身上時，我必須處理一些物理問題，而未來，系統可以自行處理這個問題。我不必擔心頻率范圍、傳輸功率、占用率、音頻質量……我只需要在系統中完成設置，系統將會安排這些參數，并處理一些來自外部的干擾。

Marco 和 Jonas 在佩戴和攜帶四個直接干擾的窄帶設備時通過WMAS連接溝通

Jonas：我完全同意，今天的測試很成功，并且令人印象非常非常深刻。搭建任何無線系統時，我們經常會遇到諸如“系統的范圍多大?”之類的問題，而我總是回答：“橡皮圈有多長?”因為它總是取決于你在搭建連接上付出了多少努力。這與傳輸功率、腰包的位置、天線系統、背景噪聲有關，所有這些參數都會影響系統的工作方式。一般來說，我們總是針對特定區域設計一套系統，這涉及到有關組件選擇、頻率選擇、位置等方面的各種不同技術。有很多種不同的最佳實踐方式，就像Marco剛才提到的;頻率間隔、或者當你為同一位藝術家佩戴兩個腰包時的物理間隔。這個系統或多或少地自主實現了所有這些目標。

在今天的測試中，我們對原型機施加的壓力遠遠超出了任何正常情形可能出現的情況;我們沒有遵循任何最佳實踐方式。通常，你可能會做錯很多事，但仍然可以在標準舞臺上呈現一場表演。而今天，在某種程度上，我們做錯了所有事情，而這個系統還一直在運行。例如我們在它的通道上設置了直接干擾，在旁邊也有干擾，設定的物理間隔是任何系統都應避免的，無論是從窄帶到窄帶，還是窄帶到寬帶。

Marco：即使觸摸天線也是如此

Jonas：所有我們告訴你不應該做的事情，我們都做了，而且我們得到的結果比預期的要好很多。此外，如果需要的話，這項技術還可以輕松添加范圍擴展。如果你想走得更遠，或者如果有更多干擾出現，我們也可以解決這一問題，因為我們在這次測試中只使用了標準配置。

系統設計師Sebastian Georgi(左)和Jan Watermann(右)與Marco和Jonas

Marco：使用標準組件就能完成輕松擴展。不用去想我們需要哪種天線合路器或分路器，或者我必須使用哪種特殊電纜，又或者如何控制發射和接收端兩側的射頻功率。

Jonas：雖然擴展一個窄帶麥克風系統的范圍很容易，但擴展一個耳返監聽系統的范圍就要復雜得多。因為所需的放大器不是現成的，它們價格高昂、需要濾波器，而且很容易過載。但現在有了WMAS技術，擴展是“內置”的，因為可以使用多根天線進行范圍擴展。

關于頻率協調，你們最初對WMAS的看法是怎樣的?

Jonas：這也是我們今天測試的內容之一。我們放置了一些窄帶系統、麥克風和耳返監聽(IEM)，數字和模擬的都有，我們還特意把WMAS原型機放在我們通常不會在演出中使用的一些頻譜段上——因為它就在一個耳返監聽頻道旁邊。最起碼，這將是我們最后會使用的頻率，可能會是給節日慶典現場另一邊的ENG工作人員，或類似情況。

Marco：通常這是耳返監聽系統和麥克風之間典型的頻率安全防護頻帶。我們在WMAS頻率的兩側甚至直接在其頻率上放置了多個干擾發射機，而原型機的表現比我們設想的要好得多。

Jonas：可以想見，如果我們把它放到絕對干凈的空間，它的表現甚至會更好。

Marco和Jonas檢查頻譜占用和干擾

在協調窄帶麥克風和耳返監聽以及寬帶WMAS系統的混合設置時，有什么需要特別注意的地方嗎?

Jonas：沒有，它實際上開辟了我們今天所不具備的可能性。我們可以更有效地利用更多的頻譜。我個人有時還是會做一些頻塊協調，所以在一個電視通道中會有一定的窄帶頻率協調。我做的是頻塊的聯調計算，這些頻塊也可以單獨聯調計算，所以我可以很容易地移動系統的位置。有了WMAS，我甚至不需要在我的整體頻塊聯調計算中包含這一點，只需將系統放在我通常不會在舞臺上使用的頻塊中即可。我也許會在另一個舞臺上使用這些頻塊，但我永遠不會在同一個舞臺上使用它們，而今天恰恰證明了：這是可以做到的。

Marco：這帶給我們新的自由。它讓我們有可能更頻繁地、以更好的方式重新使用我們的頻譜。就像在必須分開的物品之間使用這些安全防護頻帶，這樣我們就能更好地利用我們所有的全部空間。

這些保護頻帶是否始終與電視通道的帶寬相同?

Marco：這取決于我在一個電視通道中使用窄帶信號的強度，以及我在使用哪些系統。例如，如果我用的是一個非常老式的系統，可能有六個無線麥克風，還有相同數量的耳返監聽系統，那么一個電視通道是不夠的。有時高達16 MHz，因為前端濾波器可能非常寬，因此系統有時無法隔絕這個范圍內的干擾。所以我盡量讓它們在頻率上分開。通常會是16 MHz，有時甚至是三個電視通道。而有了WMAS，就有可能把系統直接相鄰放置。但如果我選擇一個小于8 MHz 的保護頻段，就會非常困難，因為你總是會有一些模擬傳輸，直到現在也是如此，市場上幾乎沒有數字耳返系統。你不能以等距的方式放置模擬耳返監聽，而且你必須計算聯調，畢竟混合設置總是會產生一些問題。

有了WMAS，一切都會變得更簡單，因為一切都是數字化的，耳返監聽系統也是如此：如果我真的需要空間，我可以把所有的單元放在一起。這就是我想做這次測試的原因。

團隊正在檢查射頻環境

你們是否總能為WMAS找到一個6或8 MHz的可用空間呢?是否遇到過沒有可用 電視通道的情況?

Jonas：在這個地球上，確實有幾個地方幾乎沒有空閑的電視通道，但在大多數地方這還算不上是問題。如果你要去一個頻譜非常有限的地方，你總會需要采取特別措施，確保你的窄帶系統正常工作。例如，如果只有一個空閑的電視通道，那么未來最好的系統將是WMAS，因為我們可以在同一個頻帶中使用耳返和麥克風系統，從而更好地填充這個頻道。因此可以說，對于那些頻率空間極為稀缺的地區，WMAS就是那個解決方案。

Marco：而且如果TV-UHF已被占滿，我會直接使用1.4 GHz的WMAS系統，這對我來說會簡單得多。

Marco 和 Jonas 在討論中

關于耳返監聽/麥克風腰包是否還有其他想法?

Jonas：單獨一個腰包的形式將開辟許多新機會。大多數情況下，你只能攜帶數量有限的設備，無論是腰包式接收機還是發射機，基本上你都可以開展工作。但借助新技術，我們就有可能隨時為一個耳返監聽增加一個麥克風輸入，反之亦然。租賃場館將享有完全的靈活性，只需要準備一個腰包即可，而不是一個腰包發射機加一個腰包接收機再加上那些在不同UHF頻率范圍的設備。現在，基本上可以歸結為兩類處于不同頻率范圍的設備，TV-UHF和1.4 GHz。

Marco：想想這背后的組織工作。只需要為一種類型的腰包準備一個電池和空間，而不需要為了麥克風腰包及耳返監聽系統分別準備一個大桌子。只有一種設備、一個空間、一個名字、一個標簽。這會讓生活更輕松，不僅是對頻率協調員，對所有人都是如此。

Jonas：此外，室內和卡車空間也是許多人關注的問題，這一點也許不適用于非常大型的巡演，但對許多小型演出和飛行巡演而言確實如此。

Marco：完全可能把一個64通道的系統裝在工具箱里帶上飛機。1U單元放于底部，腰包放在頂端，再加上一根天線，或許還有第二根，你就可以出發了。這在今天是不可能的。

Jonas：相較于傳統無線電收發設備和機架背面的布線量，以及因為糟糕的同軸電纜使得某個接收器有可能失去一側的射頻信號——這一切問題都將不復存在!所有的三重檢查，所有的補丁是否正確，每個同步的接收器是否通過整個分配網絡接收正確，所有這些檢查都將不再必要。

Marco和Jonas在射頻設備旁。窄帶耳返監聽發射機和麥克風接收機位于中間和右邊;1U、19英寸WMAS原型機位于左邊

還有什么結論性意見嗎?

Jonas：我們想測試技術的極限，最糟糕的情況是，一個帶內干擾載波，或者像我們今天這樣有兩個或四個這樣的載波，是否會毀掉你的全部64個通道。這可能是所有采用這項技術的人最擔心的問題;有種孤注一擲的感覺。而我們清楚地看到：情況并非如此。我們用四個干擾發射機制造了一個絕對糟糕的情況，雖然離這些干擾設備最近的 WMAS腰包出了故障，但系統的其余部分仍然可以完美運行。

Marco：只有腰包承受了很大的壓力。大約80米外，我開始出現掉線現象，因為腰包距離干擾發射器只有幾厘米，但我仍能進行通信。而當干擾設備被置于25cm的距離時，可用范圍便增加到100米以上。

Jonas：WMAS具有的一個優勢是，我們能夠掃描我們所使用的實際載波的背景噪聲。這在以前是不可能的。

Marco：是的，我們的各種頻譜分析儀基本上只能測量我們不使用的頻率。因為如果有人占用了我們使用的頻率，我們是無法看到的。這是事實。

Jonas：但有了WMAS，我們就能檢測到這類情況。因此，它不僅能更好地應對惡劣的干擾并對其有更好的適應力，而且能更好地檢測干擾，幫助我們定位干擾源。

結論

WMAS以優異的表現通過了共存檢查。當它夾在窄帶模擬耳返監聽系統和窄帶數字無線麥克風系統之間時，完全可以正常工作，并且也不會影響這些系統。其較低的頻譜密度和單個窄帶麥克風的功率，是實現這種良好共存的關鍵。此外，WMAS所用的通常是安全頻段或保護頻段，這表明它可以提高頻譜效率，有助于在多舞臺節慶和現場搭建中進行更密集的部署。

在面對多個帶內干擾、模擬第三方、未經批準的頻率使用時，該系統仍然表現得非常好，而如果是窄帶系統，當其頻率上發生干擾時則會出現問題。WMAS原型機可靠地顯示了這些窄帶干擾的存在并抑制了它們。

只有當第四個干擾器直接添加到WMAS通道上，并且所有四個帶內干擾器的位置都非常接近時，才出現了單個WMAS腰包發生故障的情況，但系統的其余部分都很穩定。在這種情況下，WMAS檢測帶內干擾的能力有助于頻率協調員快速定位并消除干擾源。

（編輯：daisy）